(57)【要約】【課題】  往復駆動されるアクチュエータに用いられる板バネを、金型打ち抜きにより構成可能にして、共振機構部分を短く構成するだけでなく、同軸良く組み込む。また、軸方向だけでなく、回転方向の往復駆動に対しても、任意のバネ定数を得ると共に、同軸ズレを起こす変位の歪みを相殺可能にする。【解決手段】  本発明は、ケース内部に支持された電磁駆動部と、該電磁駆動部により、少なくとも回転方向及び軸方向のいずれか一方に往復動可能に駆動されるプランジャーと、該プランジャーを固定する出力軸とケースとの間で作用するバネとを有して、出力軸先端に接続された負荷を共振駆動する。このバネは、ケース内周面に当接して固定されるケース内周面当接部と、出力軸外周面に当接して固定される出力軸当接部と、該出力軸当接部とケース内周面当接部を接続する帯状の接続部とを一体に形成した板バネにより構成する。この板バネは、ケース内周面及び出力軸の両方に対して固定される。【選択図】図１
2006101650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース内部に支持された電磁駆動部と、該電磁駆動部により、少なくとも回転方向及び軸方向のいずれか一方に往復動可能に駆動されるプランジャーと、該プランジャーを固定する出力軸と前記ケースとの間で作用するバネとを有して、前記出力軸先端に接続された負荷を共振駆動するアクチュエータにおいて、
前記バネは、ケース内周面に当接して固定されるケース内周面当接部と、出力軸外周面に当接して固定される出力軸当接部と、該出力軸当接部と前記ケース内周面当接部を接続する帯状の接続部とを一体に形成した板バネにより構成し、
前記板バネは、前記ケース内周面及び出力軸の両方に対して固定される、
ことから成る共振駆動アクチュエータ。
【請求項２】
前記接続部は、その主要部を円弧形状に形成した請求項１に記載の共振駆動アクチュエータ。
【請求項３】
前記出力軸は、前記ケースに対して前記板バネで支持されることに加えて、軸受を用いて支持される請求項１に記載の共振駆動アクチュエータ。
【請求項４】
前記出力軸は前記ケースに対して、一方の側で前記板バネで支持され、かつ他方の側で軸受を用いて支持される請求項１に記載の共振駆動アクチュエータ。
【請求項５】
前記板バネによる前記出力軸の支持は、該出力軸上の少なくとも２カ所で行われることにより軸受を不要にした請求項１に記載の共振駆動アクチュエータ。
【請求項６】
前記板バネは複数枚が併置して備えられ、かつ、複数枚の板バネのそれぞれは、互いに表裏反転させる組み合わせ、及び周方向に位相をずらせた組み合わせの少なくとも一方の組み合わせがなされた請求項１に記載の共振駆動アクチュエータ。
【請求項７】
前記板バネは、金型打ち抜きにより構成した請求項１に記載の共振駆動アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バネ部材のバネ力と可動部質量とで定まる軸方向共振周波数、バネ力と可動部イナーシャとで定まる周方向共振周波数とで、負荷が接続された出力軸を電磁駆動力により、少なくとも回転方向及び軸方向のいずれか一方に往復駆動する共振駆動アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気かみそりや電動歯ブラシなどの駆動部に用いることが可能なアクチュエータとして、電磁駆動力で可動部に軸方向或いは回転方向の往復運動を行わせ、この時、可動部をバネ振動系とするバネ部材のバネ力と可動部質量とで定まる軸方向共振周波数、バネ力と可動部イナーシャとで定まる周方向共振周波数とで往復運動させるものがある。
【０００３】
図８は、このようなアクチュエータの一例を示す従来技術である。可動部は、出力取り出し用の出力軸と、円周方向に分割着磁されたマグネットにて形成された円柱状のプランジャーである。この可動部は、固定側のケースに固定されている２つの軸受保持部にそれぞれ収容された２つの軸受により、固定側に対して回転方向及び軸方向に往復動可能に支持されている。固定側のケース内周面に固定される電磁駆動部として、プランジャーの外周には上記マグネットと同一又は同一以上の極数の磁極を構成するコア及びそれに巻線されたコイルが配設されている。固定側の電磁駆動部の磁極と、可動部側のマグネット磁極との間は、コイルに電流を流したときに円周方向の回転駆動力が発生するように配置している。また、軸方向にも駆動力が発生するように、軸方向にずらせて配置してある。そして、出力軸の一端において、出力軸に固定された可動側バネ係止部と、ケースに固定された固定側バネ係止部との間に、コイルバネが配設されている。
【０００４】
コイルに交番電流を流すと、コイルバネに抗して、電磁駆動部は、軸方向に可動側マグネット（及びそれに固定されている出力軸）を吸引し、或いは逆方向に反発すると同時に、円周方向にも所定の回転方向に吸引し、或いは逆回転方向に反発する。これによって、プランジャーは、軸方向及び回転方向の往復運動を行うことになる。
【０００５】
しかしながら、コイルバネはその両端をそれぞれ、可動部と固定部のような相対的に駆動される両側に確実に固定することが求められるが、コイルバネは、軸方向及び回転方向の力に対する確実な固定が困難であり、また、その全長が長くなるという問題を有している。さらに、コイルバネは、同軸良く組み込むことが困難なため、軸受摩擦損失のようなロスが生じ、共振が得にくいという問題もある。
【０００６】
そのため、コイルバネに代えて、板バネを用いることも知られている。図９は、板バネを用いる別の例の従来技術である（特許文献１参照）。第１〜第３の板バネを用いることで、バネ部材単体の質量の軽量化が容易になるだけでなく、アクチュエータの全長を短くすることが容易となる。
【０００７】
可動部は、鉄材などの磁性体にて形成された円柱状のプランジャーと、出力取り出し用の出力軸である。電磁駆動部として、プランジャーの外周には環状のコイルがケースの内面に固定されている。また、コイルの軸方向両側には、コイルに対して対称に着磁された環状のマグネットとその両側のヨークが配設されている。そして、出力軸の一端とケースとの間には第１の板バネが配設されており、出力軸の他端とケースとの間には、第２の板バネと振幅制御錘と第３の板バネがこの順で配設されている。
【０００８】
コイルに電流を流していない時、各マグネットがヨークを介してプランジャーに及ぼす磁力と第１〜第３の板バネのバネ力とが釣り合う図示の位置においてプランジャーは静止している。そして、コイルに一方向電流を流すと、プランジャーに発生する磁束と磁石の磁束にて発生する磁力により、第１の板バネに抗して、プランジャーは、一方の磁石側に移動し、コイルに逆方向電流を流せば、第１の板バネに抗して逆方向に移動することから、コイルに交番電流を流すことによってプランジャーは軸方向の往復運動を行うこととなる。
【０００９】
しかし、この板バネは、可動部の軸方向の往復運動に対しては、所望のバネ力を得ることができるものの、可動部が固定部に対して回転方向に往復運動される回転方向の駆動力に対しては、所望のバネ力を得ることができない。言い換えると、図９に例示の板バネは、可動部が回転方向に往復駆動されるものに対しては、全く考慮されていない。
【特許文献１】特許第３４７５９４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明は、係る問題点を解決して、往復駆動されるアクチュエータに用いられる板バネを、金型打ち抜きにより構成可能にして、共振機構部分を短く構成するだけでなく、同軸良く組み込むことを目的としている。
【００１１】
また、本発明は、軸方向の往復駆動だけでなく、回転方向の往復駆動に対しても、任意のバネ定数を得ると共に、同軸ズレを起こす変位の歪みを相殺可能にすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の共振駆動アクチュエータは、ケース内部に支持された電磁駆動部と、該電磁駆動部により、少なくとも回転方向及び軸方向のいずれか一方に往復動可能に駆動されるプランジャーと、該プランジャーを固定する出力軸と前記ケースとの間で作用するバネとを有して、出力軸先端に接続された負荷を共振駆動する。このバネは、ケース内周面に当接して固定されるケース内周面当接部と、出力軸外周面に当接して固定される出力軸当接部と、該出力軸当接部と前記ケース内周面当接部を接続する帯状の接続部とを一体に形成した板バネにより構成する。そして、この板バネは、ケース内周面及び出力軸の両方に対して固定される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、金型打ち抜きによる板バネを用いることにより、共振機構部分を短く（小さく）できるだけでなく、同軸良く組み込むことが容易となる。これによって、軸受摩擦損失が生じ難く、共振が得易い。
【００１４】
また、本発明によれば、板バネの厚さや枚数の組み合わせを用いれば、任意のバネ定数を、同じ型を用いて得られる。
【００１５】
また、本発明によれば、板バネの「表・裏」や「位相」を組み合わせれば、同軸ズレを起こす変位の歪みを相殺できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、例示に基づき本発明を説明する。図１は、本発明に基づき構成したアクチュエータの一例を示す断面図であり、図２は、各構成部品を分解して示す斜視図である。可動部は、出力取り出し用の出力軸と、該出力軸に固定され、かつ円周方向に分割着磁されたマグネットにて形成された円柱状のプランジャーとから成る。出力軸先端には負荷（図示省略）が接続されて、バネ部材のバネ力と可動部質量とで定まる軸方向共振周波数、バネ力と可動部イナーシャとで定まる周方向共振周波数とで共振駆動される。例えば、出力軸先端に負荷として歯ブラシを装着すると、電動歯ブラシが構成される。この可動部は、間隔をあけてケースに固定されている２つの軸受保持部にそれぞれ収容された２つの軸受により、ケースに対して回転方向及び軸方向に往復動可能に支持されている。ケース内周面に固定される電磁駆動部として、マグネットの外周にはこのマグネットと同一又は同一以上の極数の磁極を構成するコア及びそれに巻線されたコイルが配設されている。ケース側の電磁駆動部の磁極と、可動部側のマグネット磁極との間には、コイルに電流を流したときに円周方向に回転させる駆動力が発生するように、両磁極は円周方向にずらして（オフセットして）配置している。また、軸方向にも移動させる駆動力が発生するように、両磁極は、軸方向にもずらせて（オフセットして）配置している。図１において、コア及びコイルにより構成される磁極は、マグネット磁極よりも少し左側にオフセットさせた状態で図示している。そして、出力軸の一端において、ケース内周面と、出力軸外周面との間に、詳細は後述する特別構成の板バネが複数枚（図中、６枚として図示）併置して配設されている。板バネは、出力軸に対して回転方向には、キーを用いて固定され、かつ、出力軸上での軸方向に対しては、板バネの両側において圧入等で固定される両固定板（ロータブッシュ）に挟まれるようにして、固定される。さらに、板バネは、ケース内周面側で固定して、移動するのを阻止する手段が備えられているが、その詳細は後述する。
【００１７】
なお、マグネットにより構成されるプランジャー、及びコアとコイルからなる電磁駆動部を例示したが、本発明は、これら駆動構成を特徴とするものではないので、これ以上の詳細な説明は省略するが、例示の駆動構成以外にも、従来より公知の種々の駆動構成を採用可能である。
【００１８】
コイルに一方向の電流を流すと、コイルバネに抗して、電磁駆動部は、軸方向に可動側マグネット（及びそれに固定されている出力軸）を吸引すると同時に、円周方向にも所定の回転方向に吸引する。次に、逆方向電流を流すと、電磁駆動部は、軸方向に可動側マグネットを反発駆動すると同時に、円周方向にも逆回転方向に反発する。これによって、コイルに交番電流を流すと、プランジャーは、軸方向及び回転方向の往復運動を行うことになる。
【００１９】
以上、板バネと併用して２つの軸受を用いる例を説明したが、板バネ側の軸受を取り除いて、出力軸をケースに対して、一方の側では板バネで支持する一方、他方の側では軸受を用いて支持するよう構成することができる。さらには、図３に示すように、全ての軸受を板バネで代用することができる。
【００２０】
図３は、本発明に基づき構成したアクチュエータの第２の例を示す断面図である。この第２の例は、第１の例において備えられていた２つの軸受の全てを取り除き、それに代えて、ケース両側において、それぞれ複数枚の板バネを用いて、出力軸を支持したものである。出力軸外周面及びケース内周面に対する板バネの固定は、前述した例と同じように行うことができる。このように、ケース両側で、板バネを用いて出力軸を支持したために、図１に示すアクチュエータが必要としたような軸受が不要となる。このような構成によっても、コイルに交番電流を流すと、前述した例と同様に、プランジャーは軸方向及び回転方向の往復運動を行うことができる。
【００２１】
図４は、上述したアクチュエータに用いることのできる板バネの一例を示す拡大斜視図である。このような板バネは、例えば、バネ用ステンレス鋼帯（SUS304、SUS301等）のようなバネ材質の板から、金型打ち抜きにより構成できる。図示の板バネは、ケース内周面当接部と、ケース内周面係合部と、キー溝を備えた出力軸当接部と、出力軸当接部とケース内周面当接部を接続する２つの帯状接続部とを一体に形成したものである。ケース内周面当接部は、ケース内周面に当接して固定される部分であり、ケース内周面が円形の場合は、例示したように外形は円形となる。ケース内周面係合部（凸部）は、それに対応してケース内周面側に設けられた切り欠き（凹部）に嵌合する。このように、板バネのケースとの固定は、ケース側に凹部を設ける一方、板バネ側に対応する形状の凸部を設けて、圧入やカシメにて固定する。これによって、ケース内周面に当接する板バネが、円周方向及び軸方向にずれるのを阻止するための固定手段を形成する。
【００２２】
出力軸当接部は、通常円形の出力軸外周面に当接して固定される全体的には円形の部分であり、出力軸断面形状に対応して設けられる中央の穴に連続して１つ或いは複数のキー溝が設けられる。図示の場合は、位相ずれを補正するためにキー溝が３個設けられているが、その詳細は後述する。この板バネに設けたキー溝は、対応して出力軸にも設けられているキー溝（図２参照）の両方に嵌合するようにキーを挿入することにより、板バネが出力軸上を周方向にずれるのを阻止することができる。
【００２３】
このように、例示の場合、全体的には円形のケース内周面当接部と、また全体的には円形の出力軸当接部を接続する帯状の接続部が設けられている。この帯状の接続部が、バネとして機能する主部分であり、その長さを長くしてバネ有効長を長くすることにより、所望のバネ力を得るために非直線的に、図示したように円弧形状に構成した２つを、対称的に配置している。このようなバネがアクチュエータに組み込まれて、ケース内周面当接部に対して出力軸当接部が相対的に回転駆動されるとき、２つを対称的に構成した帯状接続部が同軸良く巻き込まれるようにねじられることになる。そして、このような帯状接続部は、軸方向の往復駆動に対しても、所望のバネ定数を有するように、その材質、接続部の幅及び厚さ、組み合わせ枚数などを選択して用いる。
【００２４】
図５は、図４とは形状を異にする板バネの第２の例（Ａ）及び第３の例（Ｂ）を示す拡大斜視図である。図４と同様に、図５（Ａ）（Ｂ）に例示の板バネは、それぞれ、ケース内周面当接部と、ケース内周面係合部と、キー溝を備えた出力軸当接部と、出力軸当接部とケース内周面当接部を接続する帯状接続部とを金型打ち抜きにより一体に形成したものである。（Ａ）は、ケース内周面係合部を２個のみ設け、かつ、１個のみのキー溝を設けた点で、図４に例示の構成とは相違している。また、（Ｂ）は、接続部が、連続した帯状に形成された１つのみの例であり、かつ、ケース内周面当接部及び出力軸当接部のそれぞれとは、略径方向に伸びる直線部により接続された略円形の接続部を示している。接続部が１個のみの点で、前述の例とは異なり、周方向に完全な対称ではないが、接続部を略１周する円形として、バネ有効長を長くできている。
【００２５】
図６は、さらに別の板バネの第４の例（Ａ）及び第５の例（Ｂ）を示す拡大平面図である。同様に、図６（Ａ）（Ｂ）に例示の板バネは、それぞれ、ケース内周面当接部と、ケース内周面係合部と、Ｄカット出力軸係合穴を備えた出力軸当接部と、出力軸当接部とケース内周面当接部を接続する帯状接続部とを一体に形成したものである。Ｄカット出力軸とは、出力軸の係合部を、Ｄ形状に一部をカットする一方、対応する板バネの中央穴をＤ形状にすることにより、出力軸に嵌合した板バネの回り止め手段としたものであり、ここでは、前述のキーを用いた固定手段に代えて用いている。（Ａ）（Ｂ）のいずれの例も、円形の接続部は左右対称であり、表裏のどちらから見ても同一形状であるので、組立に際して表裏を識別する必要が無くなる。（Ａ）は、円弧形状の円形接続部を左右対称に設ける一方、ケース内周面当接部及び出力軸当接部のそれぞれとは、略径方向に伸びる直線部により接続された接続部を示している。また、（Ｂ）は、円弧形状の円形接続部を左右対称に、かつ、同心状に内外２層に設ける一方、ケース内周面当接部及び出力軸当接部のそれぞれとは、略径方向に伸びる直線部により接続されるだけでなく、内外２層の円形接続部もまた直線部により接続した例を示している。ここで、直線部とは、径方向に接続する部分を意味している。（Ａ）（Ｂ）のいずれの場合も、バネとして機能する主要部は、円弧部分である。円弧形状にすることにより、バネ有効長を長くできることは、前述した通りである。
【００２６】
図７は、図２に例示したような位相をずらして併置した６枚の板バネの作用を説明する図である。図中の６枚の板バネの内、各２枚の板バネ（１）と（２）、（３）と（４）、（５）と（６）は、互いに表裏反転して、円周方向には同位相で配置されている。さらに、最初の２枚の板バネ（１）と（２）に対して、板バネ（３）と（４）は、位相ずれ１２０度で、さらに、最後の２枚の板バネ（５）と（６）は、位相ずれ２４０度で配置されている。このため、軸を固定するためのキー溝が３つ付いている。
【００２７】
図示したように、帯状接続部を円弧形状にしたために、右回転と左回転に対して、バネ定数が異なるものとなる。この回転方向によるバネ定数の相違は、同一形状の２枚の板バネを用い、かつ、一方の板バネ面を表とすると、他方の板バネを裏にした表裏２枚を組み合わせることにより、補正することができる。また、例示の板バネは、回転方向に変形する際、略同軸上で変形するものの、極微小ではあるが軸ずれをしつつ変形してしまう性質がある。この回転方向の同軸ずれは、周方向に回転した複数枚を組み合わせることにより補正できる。これによって、形状が周方向に対称でなくなったことにより生じる変位の歪みは、表裏２枚の組み合わせや位相をずらせての組み合わせにより、相殺できる。
【００２８】
以上、回転方向及び軸方向の両方向に同時に往復運動を行うアクチュエータを例にして本発明を説明したが、回転方向或いは軸方向のいずれか一方にのみ往復運動を行うアクチュエータに対しても、本発明は適用可能であることは言うまでもないことである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に基づき構成したアクチュエータの一例を示す断面図である。
【図２】図１に示す各構成部品を分解して示す斜視図である。
【図３】本発明に基づき構成したアクチュエータの第２の例を示す断面図である。
【図４】アクチュエータに用いることのできる板バネの一例を示す拡大斜視図である。
【図５】図４とは形状を異にする板バネの第２の例（Ａ）及び第３の例（Ｂ）を示す拡大斜視図である。
【図６】さらに別の板バネの第４の例（Ａ）及び第５の例（Ｂ）を示す拡大平面図である。
【図７】図２に例示したような位相をずらして併置した６枚の板バネの作用を説明する図である。
【図８】従来技術によるアクチュエータの一例を示す図である。
【図９】板バネを用いる別の例の従来技術を示す図である。
【図１】
2006101650.tif 000003
【図２】
2006101650.tif 000004
【図３】
2006101650.tif 000005
【図４】
2006101650.tif 000006
【図５】
2006101650.tif 000007
【図６】
2006101650.tif 000008
【図７】
2006101650.tif 000009
【図８】
2006101650.tif 000010
【図９】
2006101650.tif 000011